氮掺杂多壁碳纳米管负载CoFe2O4增强紫外活化过一硫酸盐降解橙黄G：性能、矿化与反应机制

本研究针对印染废水中难降解偶氮染料橙黄G（OG）的污染问题，开发了氮掺杂多壁碳纳米管负载钴铁氧体（CF@N-MWCNT）纳米复合材料，通过紫外（UV）活化过一硫酸盐（PMS）实现99.5%的OG降解率，揭示了非自由基途径的主导作用，为广谱pH适应性废水处理提供了新策略。

　　

论文解读

印染工业排放的偶氮染料废水正成为全球水环境的顽固威胁。这类染料不仅阻碍水生光合作用，其稳定的N=N键和芳香胺降解产物更具致癌风险。传统生物处理法对此束手无策，而均相高级氧化工艺（AOPs）又面临金属离子二次污染、pH敏感等瓶颈。如何开发高效、稳定且环境友好的降解技术，成为环境催化领域的关键挑战。

针对这一难题，中国研究人员在《Environmental Research》发表研究，设计出氮掺杂多壁碳纳米管负载钴铁氧体（CF@N-MWCNT）纳米催化剂，通过紫外（UV）活化过一硫酸盐（PMS）实现橙黄G（OG）的高效降解。该团队采用溶剂热法合成复合材料，结合X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）等技术表征材料结构，通过淬灭实验和电化学测试揭示反应机制。

材料表征
XRD证实CF成功锚定在N-MWCNT的(002)晶面，XPS显示N掺杂形成吡啶氮活性位点。UV-Vis漫反射光谱表明复合材料的光吸收边带红移，电化学阻抗（EIS）证明N-MWCNT加速了电子转移。

降解性能
在pH=7、0.1 g/L催化剂和1 mM PMS条件下，30分钟内实现99.5%的OG降解。淬灭实验发现单线态氧（¹O₂）和电子转移主导的非自由基途径贡献率达68%，而羟基自由基（HO^•）和硫酸根自由基（SO₄^•?）仅占32%。

环境适应性
该体系在pH 3-11范围内保持90%以上降解率，且共存阴离子（Cl^?、HCO₃^?）干扰微弱。五次循环后催化剂活性仅下降4.7%，金属溶出浓度低于WHO限值。

结论与意义
该研究创新性地将CF的磁回收特性与N-MWCNT的电子传导优势结合，通过非自由基主导的协同机制突破传统AOPs的pH限制。实际印染废水处理实验显示对多种顽固污染物均有效，为工业废水处理提供了兼具高效性和可持续性的解决方案。研究不仅阐明CF@N-MWCNT/PMS/UV体系的反应路径，更为设计多功能环境催化剂提供了新范式。